广播电视发射台基于IP网络的安全播出技术保障系统介绍

2022-04-22史小琴

西部广播电视 2022年3期

史小琴

（作者单位：泸州广播电视发射台）

随着“三网融合”（电信网、广播电视网、互联网）的推进和广播电视数字化、网络化的加速发展，愈来愈多的计算机网络技术、在线检测技术等被应用在广播电视行业中，较好地保证了节目的传输质量，也使得行业对于广播电视安全播出的质量和效率有了更高的要求。

传统的发射台监控方式需要投入大量的人力、物力，但管理效果并不理想。基于此，泸州广播电视发射台对安全播出系统进行了基于网际互连协议（Internet Protocol，IP）网络的升级改造，使得整个系统更加自动化、智能化。广播电视发射台安全播出系统主要由信号监控系统、发射设备、环境监控系统、电力系统组成，各系统的安全可靠运行是安全播出的前提。

1 信号监控系统及其逻辑实现

信号监控系统首先需要采集发射系统中各种格式的节目信号数据，经过信号变换成系统能够识别的信号。其中，模拟射频信号经过解调器解调成视频、音频信号接入采集卡，数字射频信号则通过解扰封装设备把数字信号转换成IP网络信号，并接入与监测服务器同网段的交换机上，监测服务器再将接入的信号进行解码处理成图像和声音后，经高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)送到多画面大屏显示。通过一台控制机可以控制任意一台多画面处理器，并且大部分的前端设备都可以使用用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)，通过网络管理软件NMS进行控制，真正实现网络化管理。信号监控系统包括信源监控系统和播出信号监测系统。信号监控系统框图如图1所示。

图1 信号监控系统

1.1 信源监控系统

泸州广播电视发射台的前端信号源有3 m卫星天线3副，分别接收中星6A、中星6B、亚太6号的信号，数字卫星接收机解码作为第一信号源；有一条4芯光缆把有线数字电视信号传输到山上，数字电视机顶盒解码信号作为各频道的第二信号源；另有一条微波发射接收通道，用微波解码器解码信号作为第三信号源。改造前，信源的控制是以矩阵切换器为核心，需要人工判断信源质量和内容，出现异常需进行手动切换，这无疑会造成判断失误或者延长停播、错播时间。改造后的信源系统有光纤、卫星和微波三种信号源，可以将多路信号源输入应急切换器，利用振动升降指标（Accumulation Swing Index,ASI）切换器判断信号质量。当主信号出现异常时，其能以毫秒级的速度自动切换到最佳信号，通过ASI自动切换器常用的UDP协议，可以使用一个基于简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol,SNMP）的管理软件NMS对信号切换器进行远程监看和控制[1]。同时，切换器将各种源信号并行接入采集卡后送到多画面大屏进行节目显示和声光报警，值班人员在监看画面时可以直观了解到每路信号情况，及时发现故障，采取相应措施进行手动或自动切换，保证信号传输正常。

1.2 播出信号监测系统

播出信号包括模拟调频信号和数字射频信号，在机房楼顶安装有接收天线，系统对收到的播出信号进行变换。其中，多路调频解调器可以对空收调频信号进行采集和监听，通过采集卡立体声输出至多画面监测服务器。空收数字电视地面广播（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）信号经过1：4功分器送至综合解码接收机（IntegratedReceiver/De-coder，IRD），将DTMB射频信号解调成传送流（transport stream，TS流），并通过解扰模块实现节目解扰功能，最后将接收的传输TS流信号进行IP封装[2]。封装后，再将IP信号拷贝到组播地址和端口号224.2.2.1:1234至224.2.2.4:1234，通过组播的方式传输到监测系统中，监测软件则根据IP组播地址和端口号，即可扫描出该组播源所发送的节目信息，然后在控制台上进行多画面分割显示。监测系统可以实时监测每个节目的视音频状态，当发现播出中的传输流、码流和视音频等的错误信息时，会对该信息进行解码、存储、显示，并按照IP组播接收到的节目信息进行明显的声光报警。同时，系统会将所有的报警信息、操作记录等录入数据库中进行保存，以供后续查看[3]。

IRD的设置是最重要的部分，通过网络管理软件NMS可以很方便地实现IRD的配置和管理。在NMS里添加设备，正确填写IRD的设备类型、IP地址和端口号，并保证IRD的IP地址和管理软件所在计算机IP地址在同一个网段，即可实现网络连接。然后，在节目设置里输入需要解码的频点、符号率、星座模式等进行解析并解扰。最后，设置IP组播输出，建议按顺序排布组播地址和端口号。同时，可以在网上下载安装一个VLC播放器，选择打开网络串流，选择UDP协议，输入设置的组播地址和端口号可以验证组播流的正常与否。

1.3 信号监控的逻辑实现

监控系统由监测软件、文件查询服务器、错误集中处理、数据库、控制台等组成，监测软件可以对视音频进行解码、显示、编码、故障检测等，故对中央处理器（Central Processing Unit，CPU）的要求较高。当节目数量较多时，需要部署多台多画面监测服务器，本系统部署了3台多画面监测服务器。文件查询服务器可以实现文件查询、流媒体发送；错误集中处理可以实现系统错误信息的处理，包括语音报警、错误信息显示。监测软件、文件查询服务器、错误集中处理都部署在监测服务器上，而系统配置信息、报警信息等保存在数据库中。控制台的功能主要是对多个监测服务器的系统进行集中控制，整个系统在启动和运行过程中均需要访问数据库，所以在系统运行过程中必须确保网卡处于工作状态，保证监测系统的网络畅通（见图2）。

图2 信号监控逻辑

2 发射设备和环境监控系统

发射设备和环境监控系统可以对发射设备的工作参数和机房环境如温湿度、烟感等数据进行实时采集，所有数据汇聚到交换机，经监控服务器处理后上大屏显示，如图3所示。

图3 发射设备和环境监控系统

2.1 发射设备监控系统

泸州广播电视发射台现有5台调频广播发射机，6台地面数字电视发射机，一台应急广播发射机。以前并没有对发射机进行远程监控，出现故障只能靠发射机自带的声光报警，有时候并不能在第一时间发现故障，造成值机人员工作量大，停播时间长。各发射机又来自于不同的厂家，有的发射机是新装的，有的发射机已经运行了十几年，为了实现对不同种类和型号的发射设备进行集中管理，SNMP提供了很好的解决方案。现在的固态发射机一般都自带控制系统，能够进行机器状态量的采集，并预留了远程监控接口，通过此接口可以监测到发射机的发射功率、反射功率、驻波比等重要参数，所以技术人员只需要在此接口后串接一个数据采集控制器，根据发射机的接口形式，配置好物理层参数，按照发射机厂家提供的数据接口通信协议，就可以完成发射机各种参数的采集[4]。然后，将其包装成IP格式，汇集到网络交换机，再由安装有相应监控管理程序的服务器进行统一管理。管理平台会将所有发射机的发射功率、反射功率等参数进行直观显示，并可定义报警门限值，出现错误时不仅能进行声光报警提醒值机人员及时处理，并且配有的GSM调制解调器可以通过短信的形式发送报警数据，从而可以一目了然地进行故障提示和分析，快速、准确地解决故障[5]。

2.2 机房环境监控系统

高山台站环境恶劣，大功率电器密集，一旦出现高温、水侵，不仅会影响机房设备的正常运行，还可能危及人身财产安全。因此，对机房的环境情况进行实时的监控管理极其重要。机房环境监控系统包括视频监控系统和环境监测系统两部分。

视频监控系统是环境安全的一个重要组成部分，它通过摄像头及其辅助设备采集机房实时画面，通过网线或光纤接入到交换机，经高清解码器进行解码并传至大屏显示；同时，通过录像机把被监控的机房图像记录下来，能方便进行查询和取证，为事后的调查提供重要的依据。

环境监测系统主要监测机房的水侵、温湿度、烟感等情况。技术人员在发射台站的楼顶和地下室安装了水侵监控器和检测绳，当发生浸水时，监控器将检测到的水侵信息经微处理器处理后传至监测系统，并声光报警，以便值班人员及时处理。在机房内各区域安装多个RS485总线式一体化温湿度传感器，传感器数据接入温湿度监控系统，监控系统画面实时显示温湿度数据，并且根据需要预先设定温湿度报警的阈值（高限值和低限值），一旦温湿度达到设定的阈值就会进行报警。在发射机房、电力机房和室外配电柜都安装了烟雾传感器，其可以监测机房是否出现烟雾火灾，一旦检测到烟雾就会即刻报警。各种传感器的数据通过RS232或者485汇聚到环境监测主机并上传到显示大屏，可以实时显示漏水、烟感、温湿度、图像采集等设备的工作状态和各运行参数，确保设备运作环境的安全。

3 电力系统

供电系统是发射系统中最基础的部分，一个安全、稳定、可靠的供电系统对播出系统的安全运行有着强有力的支撑作用。泸州广播电视发射台作为地市级发射台站，为减少因电源故障、市电停电等供电原因导致的停播，按照《广播电视安全播出管理规定》的要求配备了两路外电电源，两路外电选择人工进行切换，以防止加电对设备造成冲击。若两路外电都不能正常使用，则启动200 kW的柴油发电机为备用电源供电，并为信源系统和监控系统提供不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS），电池后备负荷工作时间可达90分钟。冗余的电力系统设计达到二级保障要求，可确保供电系统的安全。对于电力系统的监控则采用三相电量测控仪，实时监测市电、发电机、UPS电源电路的三相交流电压、三相电流、有功功率、无功功率等参量，同样，各种数据通过RS232或者485汇聚到环境监测主机并上传到显示大屏，可以实时显示市电、发电机、UPS的工作参数，以保证用电安全。